JPH03210325A - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、成形性及び耐湿性に優れた半導体封止用エポ
キシ樹脂成形材料に関するものである。

〔従来技術〕

エポキシ樹脂は、他の熱硬化性樹脂に比べて、電気特性
、機械特性、耐熱性、接着性、耐水性等に優れているた
め各種成形材料として広く利用されている。特に最近に
おいては半導体封止用の成形材料として注目されている
。

近年、半導体分野においては、半導体素子の高集積化が
年々進んでおり、それに伴い配線の微細化及び素子サイ
ズの大形化の傾向が顕著となっている。一方、半導体素
子を外部環境から保護するパッケージは、プリント基板
への高密度実装の観点から小形凄形化の傾向を強めてい
る。このような大型素子を小形薄形パッケージに封入し
た樹脂封止型半導体装置では、アルミ配線変形、パッシ
ベーションクラック、パッケージクラックなどの故障が
生じやすい、この解決策として封止用成形材料の低応力
化が強く求められてきた。

封止用成形材料の低応力化については、各種のゴム成分
を添加混合し低弾性率化する方法が検討されてきた。そ
の結果、現在では、シリコーンオイルを添加したエポキ
シ樹脂成形材料が広く使用されるようになっている。シ
リコーンオイルは、成形材料のベース樹脂であるエポキ
シ樹脂及び硬化剤と相溶しないため、ベース樹脂中に微
粒子分散（海鳥構造）し、耐熱性を維持したまま低弾性
率化が図れる。

しかし、上記のようなシリコーンを単純ブレンドした成
形材料では、成形時にシリコーンとベース樹脂が相分離
し、シリコーンがブリードしやすいため、金型汚れ等の
問題を起しやすい、この問題の解決策としては、筬に、
シリコーンとベース樹脂を予備反応させて用いる方法が
提案されておす、良好な結果が得られている（例えば、
特公昭６２−３６０５０号公報、特公昭６３−３２８０
７号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、シリコーンを予めベース樹脂と予備反応
させ、シリコーンをベース樹脂に固定化する方法を採用
すれば、金型汚れなどの成形性が改良されるものの、耐
湿性が十分でないという問題点がある６本発明は、成形
性を損なうことなく、ｉｔｍ性を向上させた半導体封止
用エポキシ樹脂成形材料を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、次に示す成形材料が有効なことを見出し、
本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、 （Ａ）１分子中に２（１１１以上のエポキシ基を有する
エポキシ樹脂 （Ｂ）１分子中に２ｉ１１以上のフェノール性水酸基を
有する化合物 （Ｃ）上記（Ａ）成分又はＣＢ）成分と反応性シリコー
ンオイルとの反応物、 （Ｄ）８大粒径１５０μｍ以下、硬度８０以下の固形シ
リコーン重合体 （Ｅ）ウレイド基含有シランカップリング剤（Ｆ）無機
質充填剤 を必須成分として成ることを特徴とする半導体封止用エ
ポキシ樹脂成形材料を提供するものである。

本発明において用いられる（Ａ）成分の１分子中に２６
Ｉ１以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、
半導体対土用エポキシ樹脂成形材料で・一般に使用され
ているものであれば制限はなくフェノールノボラック型
エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類のノボ
ラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールＡ、
ビスフェノールＢ、ビスフェノールＦ、ビスフェノール
Ｓ等のジグリシジルエーテル、フタル酸、ダイマー酸等
の多塩基とエピクロルヒドリンの反応により得られるグ
リシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニル
メタン、イソシアヌール酸等のポリアミンとエピクロル
ヒドリンとの反応で得られるグリシジルアミン型エポキ
シ樹脂、オレフィン結合を過Ｉｌ！’酸等の過酸で酸化
して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂及び脂環式エポキ
シ樹脂等があるが、耐熱性の点から、エポキシ当量２２
０以下のノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。

本発明において用いられる（Ｂ）成分の１分子中に２１
！１以上のフェノール性水酸基°を有する化合物として
は、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシ
ン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ
などのフェノール類とアルデヒド類とを酸性触媒下で縮
合反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、ビ
スフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ポリバラビニルフ
ェノール樹脂、レゾルシン、カテコール、ハイドロキノ
ンなどの多価フェノール等があり、単独又は２種類以上
併用して使用することができるが、コスト及び特性のバ
ランスの点から、ノボラック型フェノール樹脂が好まし
い、また、数平均分子量は３００〜６００が好適である
。数平均分子量３００未満では耐熱性が十分でなく、６
００を超えると成形材料の流動性が低下するためである
。

次に、本発明に用いるは（Ｃ）成分は、上記（Ａ）成分
又は（Ｂ）成分と反応性シリコーンオイルとの反応物で
あり、反応性シリコーンオイルの官能基としては、（Ａ
）成分中のエポキシ基又は（Ｂ）成分中のフェノール性
水酸基と反応可能な官能基であれば特に制限はない。−
のようなシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコー
ンを基本構造とし、この分子中の末端及び／又は側鎖に
アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、ヒドロキシ
フェニル基、エポキシ基、アルコキシ基等の官能基を有
するものであり、さらに、（Ａ）、（Ｂ）成分との相溶
性を向上させるために、メチル基の一部がフェニル基、
２−フェニルエチル基、２−フェニルプロピル基、ポリ
オキシアルキレン基等で置換された構造であっても良い
０反応物を合成する方法としては、選択した官能基に応
じて、従来公知の触媒の存在下、溶媒の存在下又は非存
在下で、（Ａ）成分又は（Ｂ）成分と反応性シリコーン
オイルの混合物を加熱攪拌することによって行うことが
できる。好適な溶媒としては、メチルイソブチルケトン
、トルエン、キシレン、ジオキサン等をあげることがで
きる。反応時間としては、反応系の官能基濃度、溶解性
、反応温度によっても異なるが、１〜５０時間である。

（Ｃ）成分の合成に際し重要なことは、（Ａ）成分又は
（Ｂ）成分中の官能基であるエポキシ基又はフェノール
性水酸基の一部が残るように、反応性シリコーンオイル
の官能基量を調節することである。すなわち、エポキシ
基又はフェノール性水酸基の数を１００とした場合、シ
リコーンオイル中の官能基数が５０以下となるように配
合し合成反応を行うことが好ましい。このような条件下
で合成された（Ｃ）成分を用いることにより、成形材料
を金型内で硬化させた時、（Ａ）成分、ＣＢ）成分、（
Ｃ）成分が均一に硬化し、可撓剤であるシリコーンが、
硬化樹脂中に均一に分散し量定化される。

また、（Ｃ）成分合成に用いる（Ａ）成分、ＣＢ）成分
は、先に述べた理由により、（Ａ）成分としてはエポキ
シ当局２２０以下のノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）
成分としては数平均分子量３００〜６００のノボラック
型フェノール樹脂が特に好ましい、（Ｃ）成分の添加量
は、（Ａ）　＋　（Ｂ）＋（Ｃ）合計量に対して５〜７
５重量％の範囲とすることが好ましい、５重量％未満で
は十分な低応力性が得られず、７５重量％を超えると硬
化物の機械的強度が低下するためである。　上記（Ａ）
（Ｂ）、（Ｃ）成分の配合量としては、３次分中の（エ
ポキシ基数の合計）／（フェノール性水改基数の合計）
が０．８〜１．２となるように配合することが、バラン
スのとれた硬化物を得るために好ましい。

本発明に用いる（Ｄ）成分の固形シリコーン重合体は、
最大粒径１５０μｍ以下かつ硬度８０以下とする必要が
ある。ここでいう硬度とは、日本ゴム協会標準規格５Ｒ
ＩＳ−０１０１に準拠し、そのＣ型硬度計で測定した値
を示す、まず、最大粒径を１５０μｍ以下と規定した理
由は、成形時に金型ゲートづまりが起こらないようにす
るためである。樹脂封止型半導体装置を成形する金型の
ゲートサイズは、パッケージの小形薄形化とともに小さ
くなっており、最近では２００〜５００μｍ程度である
。したがって、ゲートづまり等の成形トラブルを生じさ
せないためには最大粒径１５０μｍ以下とする必要があ
る０次に、硬度については、硬度が８０を超えたものを
用いた場合、耐湿性向上効果が認められないため、８０
以下とする必要がある。（Ｄ）成分の具体例としては、
ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサ
ン、ジメチルシロキサン−ジフェニルシロキサンコポリ
マー等のポリオルガノシロキサン高重合体があげられる
。また、これらポリオルガノシロキサン重合体の架橋物
を用いても良い、さらに、構造中にシラノール基、ヒド
ロキシ基、カルボキシル基、ビニル基、アミノ基、メル
カプト基、工ボキシ基、アルコキシ基等の官能基を有す
るものを用いても良い、（Ｄ）成分の添加量は、（Ａ）
＋　（Ｂ）＋　（Ｃ）成分合計量に対して２〜１０重量
％が好ましい、２重量％未満では耐湿性向上効果がなく
、１０重量％を超えると耐湿性向上効果が飽和する傾向
があり、また、機械的強度の低下を招くためである。

本発明に用いる（Ｅ）成分のウレイド基含有シランカッ
プリング剤は、下記−数式で示す化合物である。

Ｘ３　Ｓｉ　ＲＮ）−ＩＣＯＮＨｚ ここで、Ｘはメトキシ基、エトキシ基等の加水分解性基
、Ｒはトリメチレン基等の低級アルキレン基である。こ
のような化合物は一般に市販されており、例えば、Ａ−
１１６０（日本ユニカー製）、ＡＹ４３−０３１　＜ト
ーレ・シリコーン製）等があげられる。

次に、本発明に用いる（Ｆ）成分の無機質充填剤は、硬
化物の線膨張係数を下げるために必須の成分であり、例
えば溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪
酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、
窒化ホウ素、ベリリア、マグネシア、ジルコニア、ムラ
イト、チタニア等の粉体及び炭化珪素、窒化珪素、アル
ミナ等の単結晶繊維、ガラス繊維等をあげることができ
るが、コスト及び特性のバランスの点から溶融シリカが
好ましい、また、充填剤の形状については、角形、球形
いずれも用いることができる０球形の充填剤は、高流動
性を与えるため、充填剤の一部又は全部として用いるこ
とが好ましい、また、（Ｆ）成分の配合量は、成形材料
全体の５０〜８５容量％用いることが好ましい、５０容
量％以下では硬化物の線膨張係数が大きくなり、パッケ
ージクラック性が劣る。また、８５容量％以上では流動
性が極端に低下し、通常用いられている成形圧力下で成
形ができなくなる。

本発明の成形材料には、エポキシ樹脂とフェノール性水
酸基を有する化合物の硬化反応を促進する硬化促進剤を
配合することができる。この硬化促進剤としては、例え
ば１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，Ｏ）ウンデセン
−７、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン
、ジメチルアミノエタノール、１−リエチレンジアミン
、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３級
アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミ
ダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２
−ヘプタデシルイミダゾールダゾール類、トリブチルホ
スフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニル
ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィ
ン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム
テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテト
ラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾ
ールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモリホリンテ
トラフェニルボレート等のテ１ーラフェニルボロン塩等
があげられる。

また、本発明の成形材料には、二酸化アンチモン等の難
燃剤、高級Ｉｉｉ肪酸、高級脂肪酸金属塩、エステル系
ワックス等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤を必
要に応じて使用する１ことができる。

以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般的
な方法としては、所定の配合量の原材料混合物をミキサ
ー等によって充分混合した後、熱ロール、押出機等によ
って混練し、冷却、粉砕することによって成形材料を得
ることができる。

本発明で得られる成形材料を用いて半導体を封止する方
法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般的で
あるが、インジェクション成形、注型等の方法によって
も可能である。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲
はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ エポキシ当量２００、軟化点７６℃のオルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹ａ（エポキシ樹脂Ａ、’）５０
重量部、エポキシ当量４００、軟化点６９℃、臭素含有
率４８重量％の臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（エポキシ樹ｎ１ｚ）２０重量部、水酸基当量１０６、
軟化点８２℃、数平均分子量４５０のフェノールノボラ
ック樹脂（硬化剤Ｂ＋）４８重量部、両末端に２−カル
ボキシルエチル基を有し、平均重合度１００のジメチル
シリコーンオイルと上記エポキシ樹脂ＡＩとを１−リフ
ェニルホスフィンの存在下、重量比１０／３０　（官ｆ
ｌｉ基Ｍ比１．８／１００）で反応させて得た化合物（
反応物Ｃ，）４０重量部、最大粒径１０５μｍ、硬度５
６の粉末状シリコーン（固形シリコーンＤ□）５重量部
、トリフェニルホスフィン１．３重量部、カルナバワッ
クス１．５重量部、二酸化アンチモン８重量部、カーボ
ンブラック１．５重量部、３−ウレイドプロピルトリエ
トキシシラン４重量部、溶融シリカ４５０重量部を配合
し、１０インチ径の加熱ロールを使用して。

混線温度８０〜９０℃、混線時間１０分の条件で混練し
た。シート状の混線物を冷却、粉砕することにより成形
材料を作製した。

実施例２ 実施例１の固形シリコーンＤＩ５重爪部を、最大粒径４
４μｍ、硬度４１の粉末状シリコーン（固形シリコーン
Ｄ２）５重員部に代えた以外は実施例１と同様に作製し
た。

実施例３ 実施例１の反応物ｃ＋４０重量部を、両末端にグリシド
キシプロビル基を有し平均重合度３０のジメチルシリコ
ーンオイルと実施例１中に記載した硬化剤Ｂ１とをトリ
フェニルホスフィンの存在下、重量比１０／１５（官能
基数比５．８／１００）で反応させて得た化合物（反応
物Ｃ，）２５！ｉＸ部に、また、エポキシｌ！１脂Ａ１
５０重］１部を８０重量部に、さらに、硬化剤Ｂ、４８
重量部を３３重量部に代えた以外は、実施例１と同様に
作製した。

実施例４ 実施例３の固形シリコーンＤｔ５重量部を、実施例２で
用いた固形シリコーンＤ、５重量部に代えた以外は、実
施例３と同様にして成形材料を作製した。

比較例１ 実施例１の固形シリコーンＤ、を除いた以外は実施例１
と同様にして成形材料を作製した。

比較例２ 実施例１の３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン４
重量部を３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
４ｔｆｆｉ部に代えた以外は、実施例１と同様にして成
形材料を作製した。

比較例３ 実施例１の固形シリコーンＤ１を除き、また、３−ウレ
イドプロピルトリエトキシシラン４重量部を３−グリシ
ドキシプロビルトリメトキシシラン４重量部に代えた以
外は、実施例１と同様にして成形材料を作製した。

次に、上記で得られた成形材料を用いて、６Ｉ１ｗＩＩ
Ｘ６ｉｍのテスト素子を搭載した５４ピンＱＦＰをトラ
ンスファー成形（成形温度１７５℃、成形圧カフ　０ｋ
ｇ／ｍｍ”　）　シ、ソノ後１８０”Ｃ１５時間のＶ＆
碩化を行うことにより、各２０個の試験用パッケージを
作製した。次に、このパッケージを８５℃／８５％ＲＨ
１７２時間加温処理゛した後、２１５℃／９０秒の条件
でｖｐｓ　（ペーパーフェイズソルダリング）処理を行
った。その後、ＰＣＴ試験を行い、アルミ配線の断線不
良を調べた。また、各成形材料の金型汚れ性を調べるた
め、１００ｍφＸ３ｍａｔの円板を連続成形（５０回）
し、金型表面の汚れ具合を目視により観察した。

耐湿性及び金型汚れ性の結果を１１表に示す。

ｗｉ１表の結果から、実施例品は耐湿性、金型汚れ性と
もに優れている。これに対し、比較例１．２．３は金型
汚れ性は良好であるが、固形シリコーンを配合していな
い比較例１、ウレイドシランを配合していない比較例２
は、耐湿性が劣る。また、固形シリコーンとウレイドシ
ランの両者を配合していない比較例３は、更に耐湿性が
劣っている。

〔発明の効果〕

本発明の成形材料を用いて半導体部品を封止すれば、金
型汚れがないため成形作業性が良好であり、かつ、ｍｍ
性が向上した信頼性の高い製品を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエ
   ポキシ樹脂 （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
   る化合物 （Ｃ）上記（Ａ）成分又は（Ｂ）成分と反応性シリコー
   ンオイルとの反応物 （Ｄ）最大粒径１５０μｍ以下、硬度８０以下の固形シ
   リコーン重合体 （Ｅ）ウレイド基含有シランカップリング剤（Ｆ）無機
   質充填剤 を必須成分として成ることを特徴とする半導体封止用エ
   ポキシ樹脂成形材料。 ２、（Ａ）成分がエポキシ当量２２０以下のノボラック
   型エポキシ樹脂である請求項１記載の半導体封止用エポ
   キシ樹脂成形材料。 ３、（Ｂ）成分が数平均分子量３００〜６００のノボラ
   ック型フェノール樹脂である請求項１記載の半導体封止
   用エポキシ樹脂成形材料。